VTT kehittää sähkövirtaan perustuvaa jäähdytysmenetelmää, joka mahdollistaa kvanttitietokoneiden koon merkittävän pienenemisen
Lehdistötiedote 30.8.2023
VTT kehittää mikroelektroniikkaan ja sähkövirtaan perustuvaa jäähdytysteknologiaa, jota voivat hyödyntää matalissa lämpötiloissa toimivat elektroniikan ja fotoniikan komponentit. Uusi teknologia pienentää jäähdytysjärjestelmien kokoa, tehonkulutusta ja hintaa. Menetelmälle nähdään laajasti sovelluskohteita: yksi ajankohtainen esimerkki on kvanttiteknologia.
Monet elektroniikan, fotoniikan ja kvanttiteknologian komponentit edellyttävät kryogeniikan eli kylmäfysiikan soveltamista, sillä ne toimivat ainoastaan hyvin matalissa lämpötiloissa. Esimerkiksi suprajohtavista piireistä rakennettu kvanttitietokone tulee jäähdyttää lähelle absoluuttista nollapistettä (-273.15 ℃). Nykyään tällaiset lämpötilat saavutetaan monimutkaisilla ja suurikokoisilla laimennusjäähdyttimillä. VTT:n sähköinen menetelmä voi korvata ja täydentää nykyisiä ratkaisuja ja siten pienentää jäähdyttimen kokoa. Tämä mahdollistaa vastaavasti kvanttitietokoneiden koon merkittävän pienentämisen.
Sähköinen menetelmä osaksi jäähdytysjärjestelmää
Nykyiset laimennusjäähdyttimet perustuvat moniasteisten kryogeenisten nesteiden pumppaamiseen. Vaikka nämä jäähdyttimet ovat nykyään kaupallista teknologiaa, ne ovat edelleen erittäin kalliita ja suurikokoisia. Jäähdytinteknologian tekee monimutkaiseksi erityisesti sen kylmin aste, jossa pumpataan heliumin isotooppien seosta. Uusi sähkövirtaan perustuva jäähdytysteknologia voi tulevaisuudessa korvata juuri tämän osan. Näin järjestelmästä saataisiin huomattavasti yksinkertaisempi, pienempi, tehokkaampi ja edullisempi. Henkilöauton kokoinen jäähdytin, jolla jäähdytetään noin neliösenttimetrin kokoista piisirua, voitaisiin kutistaa kertaluokilla vaikka matkalaukun kokoiseksi.
“Uskomme, että tätä puhtaasti sähköistä jäähdytysmenetelmää voidaan hyödyntää lukuisissa kryogeniikkaa tarvitsevissa sovelluksissa kvanttilaskennasta herkkiin säteilyn ilmaisimiin ja avaruusteknologiaan”, sanoo jäähdyttimen kehitystyötä vetävä VTT:n tutkimusprofessori Mika Prunnila.
Uusia mahdollisuuksia liiketoiminnalle
VTT:n tutkijat ovat jo vahvistaneet jäähdytysmenetelmän toimivuuden kokeellisin menetelmin. Nyt menetelmää jalostetaan kaupalliseksi demonstraattoriksi SoCool-hankkeessa, joka saa rahoitusta EU:n EIC-Transition -ohjelman kautta. Jäähdyttimien teknologian ja fysiikan perustutkimus on erittäin tärkeää ja sitä jatketaan Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiön rahoittamassa CoRE-Cryo-hankkeessa.
Sähköistä jäähdytysmenetelmää voidaan käyttää komponenttien aktiiviseen jäähdytykseen suoraan piisirulla tai suuren mittakaavan jäähdyttimissä. Kyseessä on alustateknologia, joka sopii lukuisiin sovelluksiin ja luo mahdollisuuksia uudelle liiketoiminnalle. Jäähdyttimen aktiivinen osa valmistetaan mikroelektroniikan valmistusmenetelmillä piikiekoille, mikä tekee valmistuksesta erittäin kustannustehokasta.
"Tekemällä jäähdytysjärjestelmä helppokäyttöisemmäksi ja edullisemmaksi voidaan merkittävästi laajentaa uusien kryoavusteisien teknologioiden käyttökohteita. Näemme, että sähköisellä jäähdytysteknologiallamme voi olla erittäin tärkeä rooli tässä kehityksessä", Mika Prunnila toteaa.
Kryogeniikka on noussut entistä suuremman mielenkiinnon kohteeksi kvanttiteknologian ansiosta. Kvanttimaailman äärimmäisiin vaatimuksiin kehitettyjä järjestelmiä voidaan käyttää erilaisissa antureissa, avaruusteknologiassa ja mahdollisesti myös klassisessa laskennassa. Kompaktit ja helppokäyttöiset jäähdytysmenetelmät edesauttavat näiden teknologioiden laajamittaista käyttöönottoa. Kvanttiteknologian odotetaankin olevan vain jäävuoren huippu tulevaisuuden kryogeniikan, kryoelektroniikan ja kryofotoniikan sovelluksille.
Lisätietoa:
Lisätietoa sähköisestä jäähdytysmenetelmästä
Science Advances -lehden julkaisema tieteellinen artikkeli jäähdytysmenetelmästä
Mika Prunnila, tutkimusprofessori, VTT
puh. 040 537 8910, mika.prunnila@vtt.fi
Mediamateriaali:
Kuva 1: VTT:n sähköisiä jäähdyttimiä piikiekolla, jota tutkitaan optisella mikroskoopilla.
Kuva 2: Kaaviokuva VTT:n sähköisestä jäähdyttimestä. Jäähdytinsirut liitetään yhteen tunneliliitoksilla, joiden läpi kulkeva virta jäähdyttää siruja, ja alin lämpötila saavutetaan ylimmällä sirulla.
Kuva 3: VTT:n sähköisen jäähdyttimen prototyypin asennus testaukseen.
Lisätietoja VTT:stä:
Kirsi Jaatinen, viestintäpäällikkö
Puh. 020 722 6757, kirsi.jaatinen@vtt.fi
www.vtt.fi
VTT on visionäärinen tutkimus-, kehitys- ja innovaatiokumppani. Tartumme globaaleihin haasteisiin ja luomme niistä kestävän kasvun mahdollisuuksia. Autamme yhteiskuntaa kehittymään ja yrityksiä kasvamaan teknologisten innovaatioiden avulla – ajattelemme beyond the obvious. Meillä on 80 vuoden kokemus huippututkimuksesta ja tieteeseen perustuvista tuloksista. VTT luo vaikuttavuutta, kun innovaatiot ja liiketoiminta kohtaavat.
VTT – beyond the obvious
Lue lisää: vttresearch.com/fi, Twitter @VTTFinland, Facebook, LinkedIn, YouTube ja Instagram.
